第十四章細胞環(huán)境與互作

1、第十四章 細胞環(huán)境與互作細胞與細胞間或細胞與細胞外基質(zhì)的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)稱為細胞連接（cell junction）。細胞連接的體積很小，只有在電鏡下才能觀察到?？煞譃槿箢悾矗悍忾]連接（occluding junction）、錨定連接（anchoring junction）和通訊連接（communicating junction）。第一節(jié) 細胞連接一、封閉連接（一）緊密連接（tight junction）又稱封閉小帶（zonula occludens），存在于脊椎動物的上皮細胞間（圖14-1），長度約50-400nm，相鄰細胞之間的質(zhì)膜緊密結(jié)合，沒有縫隙。在電鏡下可以看到連接區(qū)域具有蛋白質(zhì)形成的焊接

2、線網(wǎng)絡(luò)，焊接線也稱嵴線（圖14-2，3），封閉了細胞與細胞之間的空隙。上皮細胞層對小分子的透性與嵴線的數(shù)量有關(guān)，有些緊密連接甚至連水分子都不能透過。緊密連接的焊接線由跨膜細胞粘附分子構(gòu)成，主要的跨膜蛋白為claudin和occludin，另外還有膜的外周蛋白ZO。緊密連接的主要作用是封閉相鄰細胞間的接縫，防止溶液中的分子沿細胞間隙滲入體內(nèi)，從而保證了機體內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定；消化道上皮、膀胱上皮、腦毛細血管內(nèi)皮以及睪丸支持細胞之間都存在緊密連接。后二者分別構(gòu)成了腦血屏障和睪血屏障，能保護這些重要器官和組織免受異物侵害。在各種組織中緊密連接對一些小分子的密封程度有所不同，例如小腸上皮細胞的緊密連接對

3、Na+的滲漏程度比膀胱上皮大1萬倍。圖14-1緊密連接位于上皮細胞的上端圖14-2兔上皮細胞的緊密連接（冰凍蝕刻）圖14-3 緊密連接的模式圖（二）間壁連接（septate junctions）是存在于無脊椎動物上皮細胞的緊密連接（圖14-4）。連接蛋白呈梯子狀排列，形狀非常規(guī)則，連接的細胞內(nèi)骨架成分為肌動蛋白纖維。在果蠅中一種叫做discs-large的蛋白參與形成間壁連接，突變品種不僅不能形成間壁連接，還產(chǎn)生瘤突。圖14-4 間壁連接存在于無脊椎動物二、錨定連接（一）粘合帶與粘合斑粘合帶（adhesion belt）呈帶狀環(huán)繞細胞，一般位于上皮細胞頂側(cè)面的緊密連接下方（圖14-5）。在粘合

4、帶處相鄰細胞的間隙約1520nm。圖14-5 粘合帶位于緊密連接下方間隙中的粘合分子為E-鈣粘素（圖14-6）。在質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)有幾種附著蛋白與鈣粘素結(jié)合在一起，這些附著蛋白包括：-，-，-連鎖蛋白（catenin）、粘著斑蛋白（vinculin）、-輔肌動蛋白（-actinin）和片珠蛋白（plakoslobin）。圖14-6 粘合帶結(jié)構(gòu)模型粘合帶處的質(zhì)膜下方有與質(zhì)膜平行排列的肌動蛋白束，鈣粘蛋白通過附著蛋白與肌動蛋白束相結(jié)合。于是，相鄰細胞中的肌動蛋白絲束通過鈣粘蛋白和附著蛋白編織成了一個廣泛的網(wǎng)絡(luò)，把相鄰細胞聯(lián)合在一起。粘合斑（adhesion plaque）位于細胞與細胞外基質(zhì)間，通過整合

5、素（integrin）把細胞中的肌動蛋白束和基質(zhì)連接起來。連接處的質(zhì)膜呈盤狀，稱為粘合斑。?（二）橋粒與半橋粒橋粒（desmosome）存在于承受強拉力的組織中，如皮膚、口腔、食管等處的復(fù)層鱗狀上皮細胞之間和心肌中（圖14-7）。相鄰細胞間形成紐扣狀結(jié)構(gòu)，細胞膜之間的間隙約30nm，質(zhì)膜下方有細胞質(zhì)附著蛋白質(zhì)，如片珠蛋白（plakoglobin）、橋粒斑蛋白（desmoplakin）等，形成一厚約1520nm的致密斑。斑上有中間纖維相連，中間纖維的性質(zhì)因細胞類型而異，如：在上皮細胞中為角蛋白絲（keratin filaments），在心肌細胞中則為結(jié)蛋白絲（desmin filaments）。

6、橋粒中間為鈣粘素（desmoglein及desmocollin）。因此相鄰細胞中的中間纖維通過細胞質(zhì)斑和鈣粘素構(gòu)成了穿胞細胞骨架網(wǎng)絡(luò)（圖14-8）。圖14-7 橋粒位于粘合帶下方圖14-8 橋粒的結(jié)構(gòu)模型半橋粒（hemidesmosome）在結(jié)構(gòu)上類似橋粒，位于上皮細胞基面與基膜之間（圖14-9），它橋粒的不同之處在于：只在質(zhì)膜內(nèi)側(cè)形成橋粒斑結(jié)構(gòu)，其另一側(cè)為基膜；穿膜連接蛋白為整合素（integrin）而不是鈣粘素，整合素是細胞外基質(zhì)的受體蛋白；細胞內(nèi)的附著蛋白為角蛋白（keratin）。圖14-9 半橋粒連接上皮細胞基面和基膜三、通訊連接（一）間隙連接間隙連接（gap junction） 存

7、在于大多數(shù)動物組織。在連接處相鄰細胞間有24nm的縫隙（圖14-10），而且連接區(qū)域比緊密連接大得多，最大直徑可達0.3m。在間隙與兩層質(zhì)膜中有大量蛋白質(zhì)顆粒，是構(gòu)成間隙連接的基本單位，稱連接子（connexon），由6個相同或相似的跨膜蛋白亞單位環(huán)繞而成，直徑8nm，中心形成一個直徑約1.5nm的孔道(圖14-11)。通過向細胞內(nèi)注射分子量不同的染料，證明間隙連接的通道可以允許分子量小于1.5KD的分子通過。這表明細胞內(nèi)的小分子，如無機鹽離子、糖、氨基酸、核苷酸和維生素等有可能通過間隙連接的孔隙。間隙連接的通透性是可調(diào)節(jié)的。在實驗條件下，降低細胞PH值，或升高鈣離子濃度均可降低間隙連接的通透

8、性。當細胞破損時，大量鈣離子進入，導(dǎo)致間隙連接關(guān)閉，以免正常細胞受到傷害。圖14-10 間隙連接電鏡照片圖14-11 左，連接子電鏡照片；右，間隙連接模型間隙連接的功能包括：1參與細胞分化：胚胎發(fā)育的早期，細胞間通過間隙連接相互協(xié)調(diào)發(fā)育和分化。小分子物質(zhì)即可在一定細胞群范圍內(nèi)，以分泌源為中心，建立起遞變的擴散濃度梯度，以不同的分子濃度為處于梯度范圍內(nèi)的細胞提供”位置信息”（positional information），從而誘導(dǎo)細胞按其在胚胎中所處的局部位置向著一定方向分化。2協(xié)調(diào)代謝：例如，在體外培養(yǎng)條件下，把不能利用外源次黃嘌呤合成核酸的突變型成纖維細胞和野生型成纖維細胞共同培養(yǎng)，則兩種細

9、胞都能吸收次黃嘌呤合成核酸。如果破壞細胞間的間隙連接，則突變型細胞不能吸收次黃嘌呤合成核酸。3、構(gòu)成電緊張突觸：平滑肌、心肌、神經(jīng)末梢間均存在的這種間隙連接，稱為電緊張突觸（electrotonic synapses）。電緊張突觸無須依賴神經(jīng)遞質(zhì)或信息物質(zhì)即可將一些細胞的電興奮活動傳遞到相鄰的細胞。（二）胞間連絲胞間連絲（plasmodesmata）是植物細胞特有的通訊連接。是由穿過細胞壁的質(zhì)膜圍成的細胞質(zhì)通道，直徑約2040nm。因此植物體細胞可看作是一個巨大的合胞體（syncytium）。通道中有一由膜圍成的筒狀結(jié)構(gòu)，稱為連絲小管（desmotubule）。連絲小管由光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)特化而成，管

10、的兩端與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連。連絲小管與胞間連絲的質(zhì)膜內(nèi)襯之間，填充有一圈細胞質(zhì)溶質(zhì)（cytosol）。一些小分子可通過細胞質(zhì)溶質(zhì)環(huán)在相鄰細胞間傳遞(圖14-12)。圖14-12 胞間連絲結(jié)構(gòu)模型胞間連絲在功能上與動物細胞間的間隙連接類似，它允許分子量小于800Da的分子通過，在相鄰細胞間起通訊作用。但通過胞間連絲的分子運輸也要受到調(diào)節(jié)。實驗證明，在胞間連絲正常的情況下，有些低分子量的染料分子卻不能通過。然而某些植物病毒能制造特殊的蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)同胞間連絲結(jié)合后，可使胞間連絲的有效孔徑擴大，使病毒粒子得以通過胞間連絲在植物體內(nèi)自由播散和感染。胞間連絲還對細胞分化起一定作用。在高等植物中，頂端分生組織

11、的細胞分化與胞間連絲的分布有著相應(yīng)的關(guān)系。隨著細胞的生長和延長，側(cè)壁上的胞間連絲逐漸減少，而橫壁上的卻仍保持很多。植物相鄰細胞間的細胞核可經(jīng)胞間連絲穿壁。（三）化學(xué)突觸化學(xué)突觸（synapse）是存在于可興奮細胞間的一種連接方式，其作用是通過釋放神經(jīng)遞質(zhì)來傳導(dǎo)興奮。由突觸前膜(presynaptic membrane)、突觸后膜(postsynaptic membrane)和突觸間隙(synaptic cleft)三部分組成（圖14-13、14）。圖14-13 化學(xué)突觸的結(jié)構(gòu)（具有小囊泡的一側(cè)為突觸前膜）突觸前神經(jīng)元的突起末梢膨大呈球形，稱突觸小體(synaptic knob)。突觸小體貼附在突觸后神經(jīng)元的胞體或突起的表面形成突觸。突觸小體的膜稱突觸前膜，與突觸前膜相對的胞體膜或突起的膜稱突觸后膜，兩膜之間稱為突觸間隙。間隙的寬度約20-30nm，內(nèi)含有粘多糖和糖蛋白等物質(zhì)。? 突觸小體內(nèi)有許多囊泡，稱突觸小泡(synaptic vesicle)，內(nèi)含神經(jīng)遞質(zhì)。當神經(jīng)沖動傳到突觸前膜，突觸小泡釋放神經(jīng)遞質(zhì)，為突觸后膜的受體接受（配體門通道）